重新思考声波滤波器

EDN电子技术设计 2020-05-12 00:00
虽然移动营运商希望所有人相信5G就要闪亮登场,大家很快就能享受5G丰富的新业务以及无限制的带宽,但那些引领未来的设计师们却看到了背后的困难。

例如,他们需要新的无线技术,让复杂的混频信号有效地在三个很宽的频带上进行传输。我曾经是一名电子工程师,知道创建工作于600MHz到42GHz频段不同带宽的信号链是完全可能的。换言之,以我在RF设计方面的有限经验,我相信,实现这些功能所需的成本和涉及的复杂性可能是5G应用的一大障碍。

我最近跟Resonant公司首席运营官Dylan Kelly进行了深入交流,他们公司推出的新型单片射频滤波器技术给了我信心,我现在没那么悲观了。这让我知道了现代无线技术有多大的潜力。如果Resonant的产品能够面市,他们的技术应该能创造出更简单、尺寸更小、成本更低的射频前端,而性能上完全没有任何影响。

我们来快速回顾一下目前大多数蜂窝信号网络业务是如何开展的,你就能理解我为什么对此如此感兴趣了。

多年来,蜂窝无线设备在多个频带上工作,使用多个Tx(发射)和Rx(接收)信号链,每个信号链都有自己的放大器、开关和滤波器。每个信号链都采用一组滤波器来消除干扰,并将无线设备发射的能量控制在信道严格限定的范围内。几乎所有这些滤波器都是压电器件,采用光刻工艺制造而成,包括声表面波(SAW)、体声波(BAW)或声波谐振器(AR)等结构。

图1:图中的声波滤波器采用光刻工艺制造而成。(图片来源:Resonant)

采用SAW和温控SAW技术的滤波器一直很受欢迎,因为这种技术十分成熟,使用量大,从而降低了成本。虽然SAW技术足以满足许多应用的要求,但由于其选择性一般、插入损耗较高,所以可能不适合某些应用。此外,SAW滤波器在频率高于2.5GHz时很难正常工作。

BAW滤波器是最近才推出的一种滤波器,信号是通过滤波器材料而不是在其表面进行传播。这种滤波器的插入损耗要低得多(低于2dB),滤波性能也更好,随着技术的发展现在还可以支持5G频段。然而由于制造工艺复杂,因此制造成本高昂,从而限制了其应用。制造一部全球漫游的5G“世界手机”需要大量滤波器,因此必须考虑成本因素。

目前一部顶级4G/LTE智能手机需要50~90个这样的小滤波器。5G手机支持的频段要多得多,而且还要使用支持多个Rx/Tx信号链的MIMO无线技术,这可能会使滤波器的数量增加5~10倍,甚至更多。此外,5G射频模块中使用的滤波器需要更陡、更精确的截止特性,以便在信道周围形成窄保护频带,避免浪费太多可用带宽。

Resonant可能使用一种称之为IDT膜谐振器的结构解决了这些问题。该结构包含单晶体压电膜,以及位于压电膜上面的金属叉指换能器(IDT)。凯利解释说:“金属痕迹会在膜内激起体声波,声波的主频和耦合特性是由压电膜的物理尺寸和特性决定的。”

凯利表示,他们可以采用制造SAW滤波器的设备和工艺来制造IDT-BAW,因此生产成本远低于传统BAW器件。而且,低容量结构能够支持超过40GHz的工作频率,足以支持5G应用。

图2:IDT膜谐振器的截面图显示其基本结构和IDT指激发的体声波。(图片来源:Resonant)

Resonant还有另一项“秘密超能力”,即利用其工艺可以把多个BAW滤波器放在同一衬底上,并将其封装为一个组件。在谈到一个衬底上究竟可以放置多少个滤波器时,Kelly没有给出准确数目,但他明确表示,该技术可以让5G通信的复杂度接近高端4G/LTE的水平。

当我问为什么其他制造商不提供类似的解决方案时,Kelly说,除了他们已经开发的IP,设计和精确仿真支持IDT滤波器的独特结构也有很大难度,因此门槛较高。他认为公司能够成功,很大原因是采用了自主研发的先进建模软件,用以对滤波器进行高度精确的仿真。他解释说,该软件能够提前预测滤波器的性能,从而将产品快速投入生产,而不必再像以前那样,开发SAW/BAW器件往往要在制造工厂反复测试,达到20多次。

通往5G之路仍然不会一帆风顺,但起码设计师少了一个障碍。

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接:Re-thinking acoustic wave filters。)

点击阅读原文,参加活动拿奖品

EDN电子技术设计 EDN China电子技术设计为电子设计工程师和设计经理人提供前沿深度的电子资讯、设计实例应用方案。
评论
  • 随着数字化的不断推进,LED显示屏行业对4K、8K等超高清画质的需求日益提升。与此同时,Mini及Micro LED技术的日益成熟,推动了间距小于1.2 Pitch的Mini、Micro LED显示屏的快速发展。这类显示屏不仅画质卓越,而且尺寸适中,通常在110至1000英寸之间,非常适合应用于电影院、监控中心、大型会议、以及电影拍摄等多种室内场景。鉴于室内LED显示屏与用户距离较近,因此对于噪音控制、体积小型化、冗余备份能力及电气安全性的要求尤为严格。为满足这一市场需求,开关电源技术推出了专为
    晶台光耦 2025-01-13 10:42 516浏览
  • 食物浪费已成为全球亟待解决的严峻挑战,并对环境和经济造成了重大影响。最新统计数据显示,全球高达三分之一的粮食在生产过程中损失或被无谓浪费,这不仅导致了资源消耗,还加剧了温室气体排放,并带来了巨大经济损失。全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗(SIX:AMS)近日宣布,艾迈斯欧司朗基于AS7341多光谱传感器开发的创新应用来解决食物浪费这一全球性难题。其多光谱传感解决方案为农业与食品行业带来深远变革,该技术通过精确判定最佳收获时机,提升质量控制水平,并在整个供应链中有效减少浪费。 在2024
    艾迈斯欧司朗 2025-01-14 18:45 71浏览
  • 01. 什么是过程能力分析?过程能力研究利用生产过程中初始一批产品的数据,预测制造过程是否能够稳定地生产符合规格的产品。可以把它想象成一种预测。通过历史数据的分析,推断未来是否可以依赖该工艺持续生产高质量产品。客户可能会要求将过程能力研究作为生产件批准程序 (PPAP) 的一部分。这是为了确保制造过程能够持续稳定地生产合格的产品。02. 基本概念在定义制造过程时,目标是确保生产的零件符合上下规格限 (USL 和 LSL)。过程能力衡量制造过程能多大程度上稳定地生产符合规格的产品。核心概念很简单:
    优思学院 2025-01-12 15:43 535浏览
  • 根据Global Info Research(环洋市场咨询)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机电池和电源产值达到2834百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为10.1%。 无人机电池是为无人机提供动力并使其飞行的关键。无人机使用的电池类型因无人机的大小和型号而异。一些常见的无人机电池类型包括锂聚合物(LiPo)电池、锂离子电池和镍氢(NiMH)电池。锂聚合物电池是最常用的无人机电池类型,因为其能量密度高、设计轻巧。这些电池以输出功率大、飞行时间长而著称。不过,它们需要
    GIRtina 2025-01-13 10:49 201浏览
  •   在信号处理过程中,由于信号的时域截断会导致频谱扩展泄露现象。那么导致频谱泄露发生的根本原因是什么?又该采取什么样的改善方法。本文以ADC性能指标的测试场景为例,探讨了对ADC的输出结果进行非周期截断所带来的影响及问题总结。 两个点   为了更好的分析或处理信号,实际应用时需要从频域而非时域的角度观察原信号。但物理意义上只能直接获取信号的时域信息,为了得到信号的频域信息需要利用傅里叶变换这个工具计算出原信号的频谱函数。但对于计算机来说实现这种计算需要面对两个问题: 1.
    TIAN301 2025-01-14 14:15 115浏览
  • 流量传感器是实现对燃气、废气、生活用水、污水、冷却液、石油等各种流体流量精准计量的关键手段。但随着工业自动化、数字化、智能化与低碳化进程的不断加速,采用传统机械式检测方式的流量传感器已不能满足当代流体计量行业对于测量精度、测量范围、使用寿命与维护成本等方面的精细需求。流量传感器的应用场景(部分)超声波流量传感器,是一种利用超声波技术测量流体流量的新型传感器,其主要通过发射超声波信号并接收反射回来的信号,根据超声波在流体中传播的时间、幅度或相位变化等参数,间接计算流体的流量,具有非侵入式测量、高精
    华普微HOPERF 2025-01-13 14:18 500浏览
  • ARMv8-A是ARM公司为满足新需求而重新设计的一个架构,是近20年来ARM架构变动最大的一次。以下是对ARMv8-A的详细介绍: 1. 背景介绍    ARM公司最初并未涉足PC市场,其产品主要针对功耗敏感的移动设备。     随着技术的发展和市场需求的变化,ARM开始扩展到企业设备、服务器等领域,这要求其架构能够支持更大的内存和更复杂的计算任务。 2. 架构特点    ARMv8-A引入了Execution State(执行状
    丙丁先生 2025-01-12 10:30 475浏览
  • PNT、GNSS、GPS均是卫星定位和导航相关领域中的常见缩写词,他们经常会被用到,且在很多情况下会被等同使用或替换使用。我们会把定位导航功能测试叫做PNT性能测试,也会叫做GNSS性能测试。我们会把定位导航终端叫做GNSS模块,也会叫做GPS模块。但是实际上他们之间是有一些重要的区别。伴随着技术发展与越发深入,我们有必要对这三个词汇做以清晰的区分。一、什么是GPS?GPS是Global Positioning System(全球定位系统)的缩写,它是美国建立的全球卫星定位导航系统,是GNSS概
    德思特测试测量 2025-01-13 15:42 506浏览
  • 新年伊始,又到了对去年做总结,对今年做展望的时刻 不知道你在2024年初立的Flag都实现了吗? 2025年对自己又有什么新的期待呢? 2024年注定是不平凡的一年, 一年里我测评了50余块开发板, 写出了很多科普文章, 从一个小小的工作室成长为科工公司。 展望2025年, 中国香河英茂科工, 会继续深耕于,具身机器人、飞行器、物联网等方面的研发, 我觉得,要向未来学习未来, 未来是什么? 是掌握在孩子们生活中的发现,和精历, 把最好的技术带给孩子,
    丙丁先生 2025-01-11 11:35 466浏览
  • 数字隔离芯片是现代电气工程师在进行电路设计时所必须考虑的一种电子元件,主要用于保护低压控制电路中敏感电子设备的稳定运行与操作人员的人身安全。其不仅能隔离两个或多个高低压回路之间的电气联系,还能防止漏电流、共模噪声与浪涌等干扰信号的传播,有效增强电路间信号传输的抗干扰能力,同时提升电子系统的电磁兼容性与通信稳定性。容耦隔离芯片的典型应用原理图值得一提的是,在电子电路中引入隔离措施会带来传输延迟、功耗增加、成本增加与尺寸增加等问题,而数字隔离芯片的目标就是尽可能消除这些不利影响,同时满足安全法规的要
    华普微HOPERF 2025-01-15 09:48 90浏览
  • 随着全球向绿色能源转型的加速,对高效、可靠和环保元件的需求从未如此强烈。在这种背景下,国产固态继电器(SSR)在实现太阳能逆变器、风力涡轮机和储能系统等关键技术方面发挥着关键作用。本文探讨了绿色能源系统背景下中国固态继电器行业的前景,并强调了2025年的前景。 1.对绿色能源解决方案日益增长的需求绿色能源系统依靠先进的电源管理技术来最大限度地提高效率并最大限度地减少损失。固态继电器以其耐用性、快速开关速度和抗机械磨损而闻名,正日益成为传统机电继电器的首选。可再生能源(尤其是太阳能和风能
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:18 333浏览
  • 随着通信技术的迅速发展,现代通信设备需要更高效、可靠且紧凑的解决方案来应对日益复杂的系统。中国自主研发和制造的国产接口芯片,正逐渐成为通信设备(从5G基站到工业通信模块)中的重要基石。这些芯片凭借卓越性能、成本效益及灵活性,满足了现代通信基础设施的多样化需求。 1. 接口芯片在通信设备中的关键作用接口芯片作为数据交互的桥梁,是通信设备中不可或缺的核心组件。它们在设备内的各种子系统之间实现无缝数据传输,支持高速数据交换、协议转换和信号调节等功能。无论是5G基站中的数据处理,还是物联网网关
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:20 451浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦